[发明专利]一种城轨车辆用串联超级电容器组荷电状态检测方法

权利要求书

1.一种城轨车辆用串联超级电容器组荷电状态检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)实时采集串联超级电容器组工作时的充放电电流值和每一超级电容器单体端电压值；

2)根据步骤1)中采集的电流值和电压值，采用卡尔曼滤波算法计算出串联超级电容器组每一超级电容器单体的荷电状态值；

3)通过比较所有单体的荷电状态值确定当前串联超级电容器组中单体荷电状态的最大值SOC_max和单体荷电状态的最小值SOC_min；

4)判断下一次列车运行工况是启动还是制动，如果是启动工况，则当前串联超级电容器组的荷电状态值为SOC_min；如果是制动工况，则当前串联超级电容器组的荷电状态值为SOC_max；

5)返回步骤1)，实时检测出串联超级电容器组的荷电状态。

2.根据权利要求1所述的一种城轨车辆用串联超级电容器组荷电状态检测方法，其特征在于，所述的步骤2)包括以下步骤：

1)根据超级电容器单体的经典等效电路模型建立超级电容器单体的状态空间模型，其中将荷电状态作为一个状态变量，所述的超级电容器单体的状态空间模型包括两部分，即系统状态方程和系统输出方程，

系统状态方程为：

S(k+1)Uc(k+1)=1001·S(k)Uc(k)+-ΔtQ0ΔtC·I(k)]]>

系统输出方程为：

U(k)＝U_c(SOC，k)-RI(k)+v(k)

令X＝[S U_c]^T，称变量X为系统的状态变量，

令称矩阵A为系统的系统矩阵，

令称矩阵B为系统的输入矩阵，

令称矩阵C为系统的输出矩阵，D＝-R，称D为系统的传递矩阵，

则系统状态状态空间模型改写为：

X(k+1)=AX(k)+BI(k)U(k)=CX(k)+DI(k)+v(k)]]>

其中，S代表荷电状态，U_C代表超级电容器单体等效电路中电容两端的电压，Q₀为超级电容器单体的初始总容量，Δt为采样间隔时间，I为充放电电流，v(k)为测量噪声，其方差为R；

2)根据超级电容器单体状态空间模型列写卡尔曼滤波方程，该卡尔曼滤波方程包括：

滤波估计方程：

X^(k|k)=X^(k|k-1)+K(k)[U(k)-CX^(k|k-1)]]]>

预测估计方程：

X^(k|k-1)=AX^(k-1|k-1)+BI(k-1)]]>

滤波增益矩阵方程：

K(k)＝P(k|k-1)C^T[CP(k|k-1)C^T+R]^-1

滤波估计误差方差阵方程：

P(k|k)＝[I-K(k)C]P(k|k-1)[I-K(k)C]^T+K(k)RK^T(k)

预测估计误差方差阵方程：

P(k|k-1)＝AP(k-1|k-1)A^T；

3)对算法进行初始化，包括对给定初始状态变量值X(0)和估计误差方阵初值P(0)以及噪声方差R的初始化；

4)实时采集串联超级电容器组的充放电电流和单体端电压，应用卡尔曼滤波算法估计超级电容器单体的荷电状态。